Проектирование несущих конструкций многоэтажного гражданского здания

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Республики Казахстан международная образовательная корпорация

Факультет общего строительства

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине: Проектирование и расчет железобетонных конструкций Проектирование несущих конструкций многоэтажного гражданского здания

5В072900 «Строительство» РПЗС-18-2

Студент: Есмагамбетова Айгерим

Руководитель: Имамбаева Р.С. ______

Алматы 2020



Введение

Железобетонные конструкции стали настоящим прорывом в 19 веке. Сейчас практически все строительные объекты возводятся с их помощью. На данный момент каждый день в мире производится порядка двух миллиардов кубических метров ЖБИ. Без них невозможна постройка офисов, высотных домов и промышленных зданий. Железобетонные конструкции позволяют быстро и с минимальными финансовыми затратами возводить дома разной степени сложности. По своей сути ЖБИ -- это арматура, залитая цементным раствором.

Бетон отлично работает на сжатие (со временем, при длительном воздействии сжимающих сил, - даже упрочняется). Арматура прекрасно работает на растяжение. Прочность арматуры на растяжение в 100-200 раз больше чем у бетона. В ЖБК, эти два материала друг друга дополняют и удерживают в заданных рамках. Если оба материала (бетон и стальная арматура) будут работать как одно целое, т. е. если мы получим одинаковую прочность в зоне сжатия и в зоне растяжения изгибаемых ЖБК, то в несколько раз повысится прочность сооружения из железобетона на изгиб. Чтобы этого добиться, в подвергаемую растяжениям часть ЖБК вводят прутья арматуры определенного сечения. Благодаря этому, железобетонные изделия не ломаются при изгибе и могут выдерживать во много раз большую разрушающую нагрузку.

Как же уживаются и совместно работают в ЖБК два таких разных материала, как бетон и металл. Помогают им их же основные физические свойства: большая прочность бетона на сжатие; аналогичная прочность арматуры на растяжение; большая сила сцепления застывшего бетона с рифленой арматурой; почти одинаковое изменение геометрических размеров бетона и стали, при изменении температуры. Относительно малая теплопроводность бетона также идёт на пользу ЖБК: бетон защищает стальную арматуру от резких изменений температуры. Так же, он выполняет функцию защиты арматуры от коррозии.

Совокупность этих факторов выводит железобетонные конструкции ЖБК в разряд наиболее прочных и качественных строительных материалов. Как сборный железобетон, так и монолитный железобетон обладают уникальными качествами, недоступными камню, металлу или дереву.

В современном строительстве используются все виды железобетонных конструкций в зависимости от их конкретных преимуществ. Главное -- это соблюдение всех правил и норм строительства, которые гарантируют безопасность и долговечность постройки.



1.Исходные данные к проектированию

железобетонный конструкция арматура

Таблица 1

№	Исходные данные	Данные таблицы
1	Номер айди
2	Размеры здания в плане, м	19,2х64
3	Количество этажей	3
4	Высота этажа, м	3,2
5	Расчетное сопротивление грунта Ro, МПа	0,3
6	Тип здания	Магазин
7	Тип конструкции пола	12
8	Тип кровли	3
9	Район строительства	Атырау
10	Класс бетона для конструкции с ненапрягаемой арматурой	В15
11	Класс арматруры для конструкции без предварительного напряжения (колонна, фундамент)	А-III
12	Класс бетона для конструкции с напрягаемой арматурой (плита)	B20
13	Класс предварительно-напрягаемой арматуры	A-V
14	Тип конструкции пола	1. Керамическая плитка по ГОСТ 6787-89* с шероховатой поверхностью д=10мм 2. Прослойка и заполнение швов - цементно-песчаный раствор М150 д=20 мм 3. Гидроизоляция «Гидротекс-К» д=1мм 4. Экструдированный пенополистирол фирмы БАСФ ТУ 2244-001-47547616-00 с=45 кг/м3 д= 20 мм 5. Выравнивающая стяжка - цементно-песчаный - рас-твор М150 д =15мм 6. Железобетонная плита перекрытия
15	Тип кровли	Кровля плоская 1.Трехслойный рубероидный ковер на битумной мастике 2. Цементно-песчаная стяжка М100 д =40мм 3.Утепллитель - газобетон производства «Экотон» д=70мм 4. Пароизоляция - 1 слой пергамина д=2мм 5. Железобетонная плита

2. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

Рисунок 1 - схема расположение элементов перекрытия



3. Расчет предварительно - напряженной плиты перекрытия по I группе предельных состояний

3.1 Назначение расчетного пролета и размеров сечения плиты

1.Расчет размера сечения балки

а = 4800 мм

? = 4780/12 = 398

? = 4780/15 = 318

Принимаем ? = 350мм по конструктивным соображениям.

b = 0,3*350 = 105

b = 0,4*350 = 140

Принимаем b = 150 мм.

(4780х150х350)

2.Расчет размера сечения колонны

(3200х400х400)

3. Установление размеров сечения плиты (6380 х 1580 х 320)

Плиты укладываются на несущие кирпичные стены.

Расчетный пролет плиты принимается l₀=l_п-100=6280 мм.

Где конструктивная длина плиты l_n=6380 мм, 100 мм - глубина опирания плиты на кирпичные стены 100 мм.

Максимальный изгибающий момент

Высота плиты принимается h_n=1/20 l₀=6280 /20=314 мм;

Принимаем h_n=320 мм по конструктивным соображениям.

Рабочая высота сечения h₀=h-a=320-30=290 мм;

Ширина полки, вводимая в расчет b_f=1580-30=1550 мм;



Рис.1

3.2 Сбор нагрузок. Определение усилий от расчетных и нормативных нагрузок

Таблица 2. Сбор нагрузок на 1 м² плиты перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/мІ	Коэф. надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, мІ
Постоянная: Собственный вес ребристой плиты Керамическая плитка (д=10мм, с=1400кг/мі) Прослойка и заполнение швов цементно-песчаный раствор (д=20мм, с=1800кг/мі) Гидроизоляция д=1мм, с=1200кг/мі) Экструдированный пенополистирол фирмы (д=20мм, с=45кг/мі) Выравнивающая стяжка - цементно-песчаный (д=15мм, с=1800кг/мі)	2625 140 360 12 9 270	1,1 1,2 1,3 1,2 1,2 1,3	2890 168 468 14,4 10,8 351
Итого Временная В том числе: Длительная кратковременная	3416 2000 700 1300	- 1,2 1,2 1,2	3902,2 2400 840 1560
Полная нагрузка В том числе: Постоянная (3416 Н/мІ) и длительная (700 Н/мІ) кратковременная	5416 4116 1300	- - -	6302,2 - -

Нормативная нагрузка

Постоянная 3416*1,5/1000=5,1кН/м

Временная 2000*1,5/1000=3 кН/м

Полная 5416*1,5/1000=8,1 кН/м

=5,1*5,905*5,905/8=22,2кНм;

=3*5,905*5,905/8=13,07 кНм;

=8,1*5,905*5,905/8=35,30 кНм;

=5,1*5,905*/2=15,05 кН;

=3*5,905*/2=8,85 кН;

=8,1*5,905*/2=23,9 кН;

Расчетная нагрузка

Постоянная 3902,2*1,5/1000=5,85кН/м

Временная 2400*1,5/1000=3,6 кН/м

Полная 6302,2*1,5/1000=9,5 кН/м



=5,85*5,905*5,905/8=25,49 кНм;

=3,6*5,905*5,905/8=15,6 кНм;

=9,5*5,905*5,905/8=41,40 кНм;

=5,85*5,905*/2=17,27 кН;

=3,6*5,905*/2=10,6 кН;

=9,5*5,905*/2=28,04 кН;

3.3 Характеристики прочности бетона и арматуры

Ребристую предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса A-V

Тяжёлый бетон класса В20 имеет следующие характеристики согласно:

Призменная прочность нормативная Rbn = Rb,ser =15 МПа

Расчётное сопротивление бетона сжатию Rb = 11,5 Mпa

Коэффициент условий работы бетона гb2 = 0,9

Расчётное сопротивление бетона при растяжении Rbt = 0,9 МПа

Нормативное сопротивление бетона при растяжении Rbtn = Rbt,ser= 1,4 МПа

Начальный модуль упругости бетона Е_б = 27000 МПа .

Напрягаемая продольная арматура класса A-V имеет следующие характеристики: Расчётное сопротивление арматуры растяжению Rs = 680 МПа. Нормативное сопротивление арматуры растяжению Rsn = 785 МПа

Модуль упругости арматуры Es = 190 000 МПа

Предварительное напряжение арматуры уsp = 0,75·Rsn= 0,75 · 785 =588,75МПа



3.4 Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси

Расчетной схемой продольных ребер является шарнирно опертая балка. Расчетное сечение таврового профиля с полкой в сжатой зоне.

Рис.2

Расчетное сечение плиты - тавровое

мм

h_oh - a=320-30=290мм

Вычисляем табличный коэффициент по формуле:

;

= 0,04;

₁ = 0,98;



Находим высоту сжатой зоны

x = x h₀= 0,04 29 = 1,16 см < h_f^/= 3 см;

где, h₀ - рабочая высота сечения

Нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки.

Характеристика сжатой зоны бетона определяется по формуле:

= 0,85 - 0,008 R_b г_b2 = 0,85 - 0,008 11,5 0,9 = 0,767;

Определяем граничную высоту сжатой зоны бетона по формуле:

Где _sR = R_s + 400 - _sp;

_sR = 680 + 400 - 588,75 = 491,25 МПа;

_sс,u = 530 МПа, т. к. _b2 = 0,9 < 1

То есть коэффициент условий работы бетона (_b2)< 1 для напрягаемой арматуры.

При применении высокопрочной арматуры должен быть введен коэффициент , учитывающий увеличение сопротивления напрягаемой арматуры выше условного предела текучести

=;

где = 1,15 для высокопрочной стали класса А-V.

Принимаем для расчетов = 1,15.



Вычисляем площадь сечения растянутой предварительно напряженной арматуры

м²=2 см²;

Принимаем рабочую арматуру плиты 2 12 А-V с фактической площадью А_sр = 2,27 см² .



4. Расчет предварительно - напряженной плиты перекрытия по II группе предельных состояний

4.1 Определение геометрических характеристик приведенного сечения

Коэффициент приведения

Ширина сечения верхней полки: b_f`=155 см;

Высота полки см;

Площадь арматуры =2,27 см² ;

Высота плиты см;

Ширина ребра см;

Площадь приведенного сечения бетона

, см²

см²

Статический момент площади приведенного сечения относительной нижней грани

, см³

см³



Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения

, см

см

Момент инерции сечения

Момент сопротивления сечения по нижней зоне

см³;

Момент сопротивления приведенного сечения по верхней зоне

, см³

см³



Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней), до центра тяжести сечения вычисляется по формуле ,

где,

Предварительно задаемся отношением , тогда

=1,6-0,75=0,85

Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней) до центра тяжести приведенного сечения

Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (нижней) до центра тяжести приведенного сечения

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне для таврового сечения с полкой в сжатой зоне

см³

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне для таврового сечения с полкой в растянутой зоне



см³

4.2 Определение потерь предварительного напряжения арматуры

Расчёт потерь производится при коэффициенте точности натяжения арматуры ;

- потери от релаксации напряжений в стержневой арматуре при электротермическом

способе натяжения МПа;

- потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами равны нулю, так как форма пропаривается в пропарочной камере вместе с изделием, ;

- потери от деформации анкеров учтены в расчёте полных удлинений стержней и поэтому равны нулю, ;

- потери от трения арматуры об огибающие приспособления равны нулю, так как напрягаемая арматура не отгибается, ;

- потери от деформации формы, потери в расчётах не учитываются, так как уже учтены в расчёте удлинений арматуры, = 0.

Начальное усилие обжатия:

кН;

Эксцентриситет силы обжатия Р₁ относительно центра тяжести приведённого сечения см = 0,11м.

Напряжение в бетоне при обжатии силой Р₁:

МПа;



Устанавливаем значение передаточной прочности бетона из рекомендуемого условия ;

принимаем МПа.

Тогда отношение

Вычисляем сжимающее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия Р₁ и с учетом изгибающего момента от веса плиты по формуле:

М = кНм

В этом случае

- потери от быстронатекающей ползучести. Определяется в зависимости от величины коэффициента , вычисляемого по формуле:

;

При .

;

МПа;



Первые потери:

МПа;

Усилия обжатия с учётом первых потерь:

кН;

МПа;

- потери от осадки бетона

= 35 МПа.

- потери от ползучести бетона, определяется в зависимости от величины При ,

МПа;

МПа;

Полные потери: МПа

Усилия обжатия с учётом полных потерь:

кН;

4.3 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси

Расчет по образованию трещин необходим для проверки элементов по раскрытию трещин. Так как к плите предъявляются требования, соответствующие 3-й категории трещиностойкости, коэффициент надежности по нагрузке г_f = 1 и соответственно, расчетный момент равен нормативному M_н = 35.30 кНм

Условием необразования трещин в стадии эксплуатации является соблюдение условия М_n ? M_crc

Момент, соответствующий образованию трещин M_crc, определяем по приближенному способу ядровых моментов M_crc = R_bt,ser W_pl + M_rp,

где, M_rp = г_sp P₂(e_op + r),

M_rp = 0,84 111Ч(0,11 +3.4) = 31.2 кНм;

M_crc = 1.75*+31,2 = 72,3 кНм;

По условию 31.2 кНм < 54.87 кНм в растянутой зоне трещины не образуется.

Проверяем, образуются ли начальные трещины в верхней зоне плиты при ее обжатии при значении коэффициента точности натяжения г_sp = 1,16 (момент от веса плиты не учитывается):

г_sp Р₁(e_op - r)-M ? R_btpW^/_pl;

где, R_btp = 1 МПа - сопротивление бетона растяжению, соответствующее принятой передаточной прочности бетона 10 МПа.

1,16128,5Ч(11-3,4)-1600000 = 4,6 кНм < 1*7847*100

Условие удовлетворяется, начальные трещины образуются.

4.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси

Предельная ширина раскрытия трещин: , продолжительная

Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: постоянной и длительной M= 54,87 кН*м = суммарной M= 54,87 кН*м.

Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия нагрузки по формуле:

Здесь принимают

, так как усилие обжатия P приложена в центре тяжести площади нижней напрягаемой арматуры:

момент сопротивления сечения по растянутой арматуре.

Ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки

=0.10 мм

Здесь d=16мм-диаметр продольной арматуры;

ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок

=0.10 мм

ширину раскрытия трещин от постоянной и длительной нагрузок



=0.13 мм

где

Непродолжительная ширина раскрытия трещин

Продолжительная ширина раскрытия трещин

4.5 Расчет прогиба плиты

Прогиб определяют от нормативного значения постоянной и длительных нагрузок; предельный прогиб состовляет l/200 (согласно табл.2.3) Вычисляют параметры, необходимые для определения прогиба плиты с учетом трещин в растянутой зоне. Заменяющий момент равен изгибающему моменту от постоянной и длительной нагрузок M= 35.3 кН*м; суммарная продольная сила равна усилию предварительного обжатия с учетом всех потерь и при коэффициент - при длительном действии нагрузки.



Коэффициент, характеризующий неравномерности деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами

Вычисляют кривизну оси при изгибе

Здесь

Вычисляют прогиб по формуле



5. Расчет колонны первого этажа среднего ряда

5.1 Сбор нагрузок и определение усилий в колонне

железобетонный конструкция арматура

Таблица 3. Сбор нагрузок на 1 м² плиты покрытия

Определение веса колонны первого этажа

G_к¹ =

l_к¹= 3,2+0,75+1,2=5,15м

Определение веса колонны остальных верхних этажей



G_к =

l_к= 3 м

Определение веса балок

G_b =

Определение веса перекрытия

G_пк =

Определение веса покрытия

G_п =

Расчетная продольная сила колонны первого этажа от полной нагрузки

N =

Расчетная продольная сила колонны первого этажа от почтоянной длительной нагрузки

N_дл =

G_пк =

G_п =

Аналогично вычисляются продольные силы в колоннах других этажей. При определений расчетных моментов в колонне следует иметь в виду, что изгибающий момент в стыке ригеля с колонной, учитываемый при расчете колонны, возможен при расположении временной нагрузки в одном пролете, и не может превышать значений, определяемых сечением ''рыбки '' (в нашем случае 55 кНм). При этом момент распределяется между верхней нижней колонной и составляет 55/2=27,5 кНм.

5.2 Расчет прочности колонны

Исходные данные

Бетон тяжелый класса В20, Rb = 11,5 MПa , коэффициент условий работы бетона гb2 = 0,9 , Rbt = 0,9 МПа, Rbtn = Rbt,ser= 1,4 МПа, а = 30 мм , сечение колонн 400 400 мм,Е_б = 27000 МПа, высота этажей по заданию Н₁=3 м,расчетная длина колонны l₀ =3,2 Арматура А , Rs = 365 MПa , Е_s = 20МПа, N = , N_дл = ,

М = .

Величина начального эксцентриситета е₀

см;

Для определения дальнейшего порядка расчета, необходимо вычислить величины случайных эксцентрисиитетов

- е_а= (1/600) l₀ = 3,2/600 = 0,0053 м = 0,53 см;

- е_а= (1/30) b_к = 0,3/30 = 0,01 м = 1 см;

- е_а=1см.

Вычисляем гибкость стойки

см;



Так как =10=10 необходимо учитывать влияние прогиба колонны.

Отношение N_дл / N = 554/ 817 = 0,67

По таблице находим коэффициенты ц_sb и ц_b ,в предположении,что промежуточные стержни в сечении отсуствуют.

Тогда ц_sb = 0,87 и ц_b = 0,82

Таблица 4.Предварительно примем

Предварительно примем коэффициент армирования .

Вычисляем коэффициент б_s



б_s = 0,01365 / 0,8711,5 = 0,35

Вычисляем коэффициент продольного изгиба ц

ц = 0,89+2(0,9-0,89)0,35=0,897 ц_sb = 0,9

Вычисляем необходимое количество площади арматуры

=м².=4см²;

Принимаем арматуру 4 12 А с фактической площадью А_s = 4,52 см² .

Коэффициент армирования 4,52/3027=0,0055

Поскольку расчетный коэффициент армирования значительно отличается принятого повторим расчет, вычислив коэффициент б_s при 0,0055

б_s = 0,0055365 / 0,911,5 = 0,19

ц = 0,89+2(0,9-0,89)0,19=0,928 ц_sb = 0,9

Вычисляем необходимое количество арматуры

==4.84см²;



Принимаем арматуру 4 14 А с фактической площадью А_s = 6,16 см² .

Коэффициент армирования 6.16/3027=0,007 >

Окончательно армирование колонны первого этажа принимаем

А_s = А_s' = 2 14 А с фактической площадью А_s = 3.08 см² .



Список использованных источников

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. 5-е изд.,перраб. и доп. М.: Стройиздат, 1991.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М., 1985.

3. СНиП РК 5.03-34-2005. Бетонные и железобетонные конструкции.

Основные положения.

4. ГОСТ 21.101-2002 Основные требования к проектной и рабочей документации.

5. ГОСТ 2.105-1995 Общие требования к текстовым документам

6. ГОСТ 21.501-2002 Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей.

7. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие / Под ред. А.Б. Голышева. Киев: Будивельник, 1990.

Размещено на Allbest

...